Αντίσωμα

Αντίσωμα γνωστό και ως ανοσοσφαιρίνη είναι μεγάλο, σχήματος Υ, πρωτεϊνικό μόριο που παράγεται από τα Β - λεμφοκύτταρα και χρησιμοποιείται από το ανοσοποιητικό σύστημα για να αναγνωρίσει και να ακινητοποιήσει «εισβολείς», όπως είναι τα βακτήρια και οι ιοί. Το αντίσωμα αναγνωρίζει ένα μοναδικό τμήμα του εισβολέα που ονομάζεται αντιγόνο. Κάθε άκρη του «Υ» μιας ανοσοσφαιρίνης περιέχει ένα παράτοπο (δομή που ομοιάζει με κλειδαριά) που αναγνωρίζει ειδικά ένα συγκεκριμένο αντιγονικό επίτοπο (που παρομοιάζεται με κλειδί), και συνδέονται με ακρίβεια. Με την σύνδεση ένα αντίσωμα μπορεί να καταδείξει ένα μικρόβιο ή ένα μολυσμένο κύτταρο για επίθεση από άλλα κομμάτια του ανοσοποιητικού συστήματος, ή να εξουδετερώσει τον στόχο του απευθείας. Η παραγωγή αντισωμάτων είναι η κύρια λειτουργία της χυμικής ανοσίας.

Από δομικής σκοπιάς, τα αντισώματα είναι γλυκοπρωτεΐνες που ανήκουν στην υπεροικογένεια των ανοσοσφαιρινών. Οι όροι αντίσωμα και ανοσοσφαιρίνη συχνά χρησιμοποιούνται αδιάκριτα. Τα αντισώματα αποτελούνται από βασικές δομικές μονάδες το καθένα με δύο μεγάλες βαριές αλυσίδες (H) και δύο μικρές ελαφρές αλυσίδες (L). Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι βαριών αλυσίδων αντισώματος και αρκετά διαφορετικά είδη αντισωμάτων. Τα είδη αντισωμάτων ομαδοποιούνται σε διαφορετικούς ισότοπους, ανάλογα σε ποιες βαριές αλυσίδες ανήκουν. Πέντε διαφορετικά ισότοπα αντισωμάτων είναι γνωστά σε θηλαστικά, ονομάζονται IgA, IgD, IgE, IgG και IgM, εκτελούν διαφορετικούς ρόλους, και βοηθούν άμεσα την κατάλληλη ανοσολογική απόκριση για κάθε διαφορετικό τύπο ξένου αντικειμένου που αντιμετωπίζουν.

Αν και η γενικότερη δομή όλων των αντισωμάτων είναι παρόμοια, μια μικρή περιοχή στην κορυφή της πρωτεΐνης είναι εξαιρετικά ποικιλόμορφη επιτρέποντας την ύπαρξη εκατομμυρίων αντισωμάτων με ελάχιστα διαφορετική κορυφαία δομή ή περιοχές δέσμευσης αντιγόνου. Η περιοχή αυτή είναι γνωστή και ως μεταβλητή περιοχή. Κάθε μια από αυτές τις διαφορετικές δομές μπορούν να συνδεθούν με διαφορετικό στόχο το επονομαζόμενο αντιγόνο. Η τεράστια ποικιλότητα των αντισωμάτων επιτρέπει το ανοσοποιητικό να αναγνωρίζει μια εξίσου μεγάλη ποικιλία αντιγόνων. Ο τεράστιος και ποικιλόμορφος πληθυσμός των αντισωμάτων παράγεται από τυχαίους συνδυασμούς μιας ομάδας γονιδίων που κωδικοποιούν διαφορετικές περιοχές πρόσδεσης αντιγόνου σε συνδυασμό με τις τυχαίες μεταλλάξεις αυτών των περιοχών στα γονίδια αντισωμάτων οι οποίες προκαλούν μεγαλύτερη ποικιλία. Τα γονίδια των αντισωμάτων επανοργανώνονται στην διαδικασία που ονομάζεται αλλαγή τάξης που αλλάζει την γενετική βάση των βαριών αλυσίδων δημιουργώντας ένα διαφορετικό ισότοπο του αντισώματος το οποίο όμως διατηρεί την μεταβλητή περιοχή συγκεκριμένη για ένα συγκεκριμένο αντιγόνο. Αυτό επιτρέπει ένα αντίσωμα να χρησιμοποιείται από διαφορετικά τμήματα του ανοσοποιητικού.

Η επιφανειακή ανοσοσφαιρίνη (Ig) είναι συνδεδεμένη με τη μεμβράνη των Β - λεμφοκυττάρων τελεστών με μια διαμεμβρανική περιοχή. Τα αντισώματα είναι η εκκρινόμενη μορφή της Ig και στερούνται της διαμεμβρανικής περιοχής. Τα αντισώματα μπορούν να εκκριθούν στην κυκλοφορία του αίματος και τις κοιλότητες του σώματος. Το αποτέλεσμα είναι ότι, η επιφάνεια Ig και τα αντισώματα είναι ταυτόσημη εκτός από τις διαμεμβρανικές περιοχές τους. Συνεπώς, υπάρχουν δύο μορφές αντισωμάτων: η διαλυτή μορφή και η δεσμευμένη στη μεμβράνη μορφή.

Όταν δίνεται η ανοσοσφαιρίνη, το σώμα χρησιμοποιεί τα αντισώματα από το πλάσμα του αίματος των άλλων ανθρώπων για να βοηθήσει στην πρόληψη της ασθένειας. Ακόμη και αν οι ανοσοσφαιρίνες λαμβάνονται από το αίμα, αυτά καθαρίζονται έτσι ώστε να μην μπορούν να περάσουν τις ασθένειες στο άτομο που τα λαμβάνει.

Remove ads

Παραγωγή

Τα αντισώματα παράγονται από ένα τύπο Β-λεμφοκυττάρων που ονομάζεται πλασματοκύτταρο. Τα αντισώματα μπορούν να υπάρξουν σε δύο μορφές, μια διαλυτή μορφή που εκκρίνεται από το κύτταρο και μια μεμβρανο-συνδετή μορφή που προσκολλάται στην επιφάνεια ενός Β λεμφοκυττάρου και ονομάζεται υποδοχέας κυττάρου Β (B cell receptor BCR). Η BCR μορφή εντοπίζεται μόνο στην επιφάνεια των Β λεμφοκυττάρων και οδηγεί στην ενεργοποίηση των κυττάρων αυτών και την επακόλουθη διαφοροποίηση τους είτε σε εργοστάσια αντισωμάτων που ονομάζονται πλασματοκύτταρα είτε σε κύτταρα μνήμης Β τα οποία θα επιζήσουν στο σώμα και θα "θυμούνται" το συγκεκριμένο αντιγόνο ώστε τα κύτταρα Β να αντιδράσουν γρηγορότερα σε μελλοντική έκθεση σε αυτό. Στις περισσότερες περιπτώσεις η αντίδραση των Β κυττάρων με ένα Τ βοηθητικό κύτταρο είναι απαραίτητη για να παραχθούν πλήρως ενεργά Β κύτταρα και ως αποτέλεσμα δημιουργία αντισωμάτων και αντιγονοδέσμευση. Τα διαλυτά αντισώματα απελευθερώνονται στο αίμα και στα ιστικά υγρά όπως και σε πολλές εκκρίσεις ώστε να συνεχίσουν την έρευνα για εισβάλλοντες μικροοργανισμούς.

Remove ads

Μορφές

Η επιφανειακή ανοσοσφαιρίνη (Ιg) προσκολλάται στη μεμβράνη του Β κυττάρου μέσω της διαμεμβρανικής της περιοχής, ενώ παράλληλα αντισώματα είναι το αποτέλεσμα της έκκρισης της Ιg και στερούνται της διαμεμβρανικής περιοχής τα οποία και μπορούν να διοχετευτούν στην κυκλοφορία και στις σωματικές κοιλότητες. Ως αποτέλεσμα η επιφανειακή Ιg και τα αντισώματα είναι ταυτόσημα με εξαίρεση τη διαμεμβρανική περιοχή. Οπότε εκλαμβάνονται ως δύο διαφορετικές μορφές αντισωμάτων: μια διαλυτή και μια μεμβρανο-συνδετή.

Η μεμβρανο-συνδετή μορφή ενός αντισώματος μπορεί να ονομάζεται και επιφανειακή ανοσοσφαιρίνη η μεμβρανική ανοσοσφαιρίνη. Είναι κομμάτι του Υποδοχέα κυττάρου Β {B cell receptor (BCR)} ο οποίος επιτρέπει ένα κύτταρο Β να εντοπίζει πότε ένα συγκεκριμένο αντιγόνο βρίσκεται στο σώμα και πυροδοτεί την ενεργοποίηση του Β κυττάρου. Ο BCR αποτελείται από επιφανειακά IgD ή IgM αντισώματα και συσχετιζόμενα ΙgA και IgB ετεροδιμερή που είναι ικανά για την μεταφορά σήματος. Ένα τυπικό ανθρώπινο Β κύτταρο κάθε στιγμή έχει 50000 με 100000 αντισώματα προσδεδεμένα στην επιφάνεια του. Κατόπιν της δέσμευσης του αντιγόνου, δημιουργούν συμπλέγματα που μπορούν να υπερβούν το ένα μικρόμετρο σε διάμετρο σε τμήματα λιπιδίων που απομονώνουν τους BCR από τους περισσότερους από τους υπόλοιπους υποδοχείς σημάτων του κυττάρου. Αυτά τα συμπλέγματα μπορεί να βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα της κυτταρικής ανοσολογικής απάντησης. Στον άνθρωπο, η επιφάνεια των κυττάρων είναι γυμνή γύρω από τους BCR για αρκετά χιλιάδες ångstroms το οποίο απομονώνει επιπλέον τους BCR από ανταγωνιστικές επιδράσεις.

Remove ads

Ισότοπα

Τα αντισώματα υπάρχουν σε διάφορες ποικιλίες γνωστές ως ισότοπα ή τάξεις. Στα θηλαστικά με πλακούντα υπάρχουν πέντε ισότοπα αντισωμάτων γνωστά ως IgA, IgD, IgE, IgG και IgM. Το καθένα ονομάζεται με μια πρόθεση Ig η οποία σημαίνει ανοσοσφαιρίνη ένα άλλο όνομα για το αντίσωμα και διαφέρουν ως προς τις βιολογικές ιδιότητές τους, τις λειτουργικές τους θέσεις και την ικανότητα να αντιμετωπίζουν διάφορα αντιγόνα.
Το ισότοπο αντίσωμα ενός Β κυττάρου αλλάζει κατά τη διάρκεια της κυτταρικής εξέλιξης και ενεργοποίησης. Ανώριμα Β κύτταρα τα οποία δεν έχουν ποτέ πριν εκτεθεί σε ένα αντιγόνο είναι γνωστά ως παρθενικά Β κύτταρα και εκφράζουν μόνο το IgM ισότοπο σε μια μορφή δεσμευμένη σε κύτταρο. Τα Β κύτταρα ξεκινούν να εκφράζουν μαζί και τα IgM και τα IgD όταν φθάσουν στην ώριμη μορφή -η συνέκφραση των δύο αυτών ανοσοσφαιρινικών ισοτόπων χαρακτηρίζει το Β κύτταρο ώριμο και έτοιμο να ανταποκριθεί στο αντιγόνο. Την ενεργοποίηση των Β κυττάρων ακολουθεί η σύνδεση του αντισώματος που είναι προσδεδεμένο στο κύτταρο με ένα αντιγόνο προκαλώντας τη διαίρεση και διαφοροποίηση του κυττάρου σε ένα κύτταρο παραγωγής αντισωμάτων που ονομάζεται πλασματοκύτταρο. Σε αυτήν την ενεργοποιημένη μορφή το Β κύτταρο ξεκινά την παραγωγή αντισωμάτων σε εγκρινόμενη κυρίως μορφή. Μερικά θυγατρικά κύτταρα υφίστανται αλλαγή ισότυπου ένα μηχανισμό που προκαλεί την παραγωγή αντισωμάτων σε αλλαγή από IgM ή IgD σε άλλα ισότοπα αντισωμάτων , IgE, IgA, IgG τα οποία έχουν καθορισμένους ρόλους στο ανοσοποιητικό σύστημα.

Remove ads

Δομή

Τα αντισώματα είναι «βαριές» (μοριακό βάρος ≈150 kDa) σφαιρικές πρωτεΐνες του πλάσματος. Έχουν υδατανθρακικές αλυσίδες ενωμένες σε κάποια αμινοξικά κατάλοιπά τους. Με άλλα λόγια τα αντισώματα είναι γλυκοπρωτεΐνες. Η βασική λειτουργική μονάδα είναι ένα μονομερές ανοσοσφαιρίνης ενώ τα εκκρινόμενα αντισώματα μπορούν να είναι και διμερή, τετραμερή και πενταμερή. Τα μεταβλητά μέρη του αντισώματος είναι η περιοχή V ενώ τα σταθερά η περιοχή C.

Ανοσοσφαιρινικές περιοχές

Το Ig μονομερές είναι ένα Υ σχήματος μόριο το οποίο αποτελείται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες: δύο πανομοιότυπες βαριές αλυσίδες και δύο πανομοιότυπες ελαφρές αλυσίδες ενωμένες με δισουλφιδικούς δεσμούς. Κάθε αλυσίδα αποτελείται από δομικές περιοχές που ονομάζονται ανοσοσφαιρινικές περιοχές. Αυτές οι περιοχές αποτελούνται από 70 έως 100 αμινοξέα και κατηγοριοποιούνται σε διαφορετικές κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθος και την λειτουργία. Έχουν μια χαρακτηριστική ανοσοσφαιρινική θηλιά στην οποία δύο βήτα φύλλα δημιουργούν ένα σαντουιτς το οποίο συντηρείται από αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σε συντηρημένα κατάλοιπα κυστεΐνης και άλλα φορτισμένα αμινοξέα.

Βαριά αλυσίδα

Υπάρχουν πέντε τύποι βαριών αλυσίδων στις Ig των θηλαστικών ονομαζόμενες από τα ελληνικά γράμματα: α,δ,ε,γ,μ. Ο τύπος της βαριάς αλυσίδας καθορίζει την τάξη του αντισώματος: αυτές οι αλυσίδες βρίσκονται στα IgA, IgD, IgE, IgG, and IgM αντίστοιχα. Ξεχωριστές βαριές αλυσίδες διαφέρουν σε μέγεθος και σύσταση
Κάθε βαριά αλυσίδα έχει δύο περιοχές την σταθερή περιοχή και την μεταβλητή περιοχή. Η σταθερή περιοχή είναι πανομοιότυπες σε όλα τα αντισώματα του ίδιου ισότυπου αλλά διαφέρει σε αντισώματα διαφορετικού ισότυπου. Οι βαριές αλυσίδες γ,α και δ έχουν μια σταθερή περιοχή αποτελούμενη από τρεις εν σειρά Ig περιοχές και μια συνδετική περιοχή για επιπλέον ευλυγισία. Οι βαριές αλυσίδες μ και ε έχουν μια σταθερή περιοχή αποτελείται από τέσσερις ανοσοσφαιρινικές περιοχές. Η μεταβλητή περιοχή της βαριάς αλυσίδας διαφέρει στα αντισώματα που παράγονται από διαφορετικά Β κύτταρα αλλά είναι τα ίδια για όλα τα αντισώματα που παράγονται από ένα Β κλώνο. Η μεταβλητή περιοχή της κάθε βαριάς αλυσίδας είναι περίπου 110 αμινοξέα μακριά και συνίσταται από μία μονή Ig περιοχή.

Ελαφριά αλυσίδα

Στα θηλαστικά υπάρχουν δύο είδη ανοσοσφαιρινικών ελαφριών αλυσίδων οι οποίες ονομάζονται λάμδα και κάπα. Μια ελαφριά αλυσίδα έχει δύο διαδοχικές περιοχές: μία σταθερή και μία μεταβλητή περιοχή. Το μέσο μέγεθος μιας ελαφριάς αλυσίδας κυμαίνεται ανάμεσα σε 211 με 217 αμινοξέα. Κάθε αντίσωμα περιέχει δύο ελαφριές αλυσίδες που είναι πάντα πανομοιότυπες.

Περιοχές CDR, Fv, Fab και Fc

Μερικά τμήματα του αντισώματος έχουν μοναδικές λειτουργίες και κατ' επέκταση ειδικές ονομασίες. Οι βραχίονες του «Υ», για παράδειγμα, περιέχουν τις περιοχές που μπορούν να δεσμεύσουν δύο αντιγόνα και ως αποτέλεσμα να αναγνωρίσουν συγκεκριμένα ξένα αντικείμενα. Η περιοχές αυτές του αντισώματος ονομάζονται περιοχές Fab (Fragment antigen binding) δηλ. «θραύσματα πρόσδεσης αντιγόνου». Κάθε περιοχή Fab δομείται από μια σταθερή και μία μεταβλητή περιοχή από κάθε μια βαριά και ελαφριά αλυσίδα του αντισώματος. Η περιοχή πρόσδεσης του αντιγόνου έχει σχήμα στο αμινοτελικό άκρο του μονομερούς αντισώματος που καθορίζεται από μεταβλητές περιοχές της βαριάς και τις ελαφριάς αλυσίδας. Η μεταβλητή περιοχή αναφέρεται επίσης και ως Fv περιοχή και είναι η πιο σημαντική στην περιοχή πρόσδεσης του αντιγόνου. Πιο συγκεκριμένα ποικίλες θηλιές από β-έλικες τρεις σε κάθε βαριά και ελαφριά αλυσίδα είναι υπεύθυνες για την δέσμευση του αντιγόνου. Αυτές οι θηλιές αναφέρονται ως οι περιοχές καθορισμού της συμπληρωματικότητας (CDRs). Οι δομές αυτών των περιοχών έχουν καθοριστεί από τον Chothia και πιο πρόσφατα τον Νοrth.

Remove ads

Γονιδιακή έκφραση

Τα γονίδια που κωδικοποιούν τα αντισώματα έχουν ιδιαίτερη αρχιτεκτονική, γεγονός που εξηγεί τη μεγάλη ποικιλία τους. Τα γονίδια των αντισωμάτων έχουν την ιδιότητα να ανασυνδυάζονται με τυχαίο τρόπο όταν το λεμφοκύτταρο Β διαφοροποιείται σε πλασματοκύτταρο με αποτέλεσμα μια τεράστια ποικιλία διαφορετικών αντισωμάτων. Υπολογίζεται ότι ο οργανισμός μπορεί να φτιάξει περισσότερα από 10⁸ διαφορετικά αντισώματα. Έχει βρεθεί ότι υπάρχουν δύο ομάδες μεταβλητών γονιδίων, τα V και τα J, μαζί με ένα σταθερό γονίδιο C για τις ελαφριές αλυσίδες, ενώ οι βαριές έχουν μια επιπλέον ομάδα μεταβλητών γονιδίων, την D.

Ο αριθμός διαφορετικών γονιδίων που φέρει η κάθε ομάδα και η θέση της στα χρωμοσώματα εξαρτώνται από το είδος της αλυσίδας. Για τις ελαφριές αλυσίδες κ υπάρχουν 40 διαφορετικά γονιδιακά τμήματα V τα οποία βρίσκονται στη σειρά στο χρωμόσωμα 2 του ανθρώπου, ενώ τα τμήματα J είναι 5 και βρίσκονται σε σειρά κοντά στο γονίδιο C. Κάθε γονίδιο V κωδικοποιεί τα πρώτα περίπου 97 κατάλοιπα της μεταβλητής περιοχής των ελαφριών αλυσίδων και τα γονίδια J τα υπόλοιπα 13. Στις ελαφριές αλυσίδες λ υπάρχουν 30 διαφορετικά τμήματα V, 4 τμήματα J και 4 γονίδια C, σε αντίθεση με την αλυσίδα κ που έχει μόνο ένα. Τα τμήματα των ελαφριών αλυσίδων λ βρίσκονται στο χρωμόσωμα 22 του ανθρώπου. Από την άλλη, τα γονίδια που κωδικοποιούν τις βαριές αλυσίδες στον άνθρωπο βρίσκονται στο χρωμόσωμα 14. Υπάρχουν 51 διαφορετικά τμήματα V και 6 διαφορετικά τμήματα J. Ανάμεσα στα V και J βρίσκονται 27 γονιδιακά τμήματα D. Επίσης, υπάρχουν διαφορετικά γονίδια C, το κάθενα κωδικοποιεί διαφορετικού είδους βαριά αλυσίδα.

Στα εμβρυϊκά κύτταρα αυτές οι ομάδες είναι απομακρυσμένες μεταξύ τους. Όμως, κατά τη διαφοροποίηση των λεμφοκυττάρων Β, ένα τμήμα V συνδέεται τυχαία σε ένα τμήμα J και σχηματίζεται ένα πλήρες γονίδιο της μεταβλητής περιοχής VJ. Κατά τη διαδικασία της ωρίμανσης του RNA το τμήμα VJ συνδέεται με τη περιοχή C και τελικά συντίθεται μια πλήρης ελαφριά αλυσίδα. Ο ανασυνδυασμός που συμβαίνει δεν είναι τέλειος. Για παράδειγμα, ο ανασυνδυασμός μπορεί να γίνει στο κωδικόνιο 95 αντί 97 με αποτέλεσμα ακόμη μεγαλύτερη ποικιλομορφία. Στις βαριές αλυσίδες σχηματίζεται πρώτα τα τμήμα DJ, το οποίο τελικά ενώνεται στο τμήμα V. Ειδικές πολυμεράσες που δρουν χωρίς καλούπι προσθέτουν επιπλέον νουκλεοτίδια στο σημείο που ενώνονται τα τμήματα V και D. Ο ανασυνδυασμός των γονιδίων σε όλες τις αλυσίδες, ελαφριές και βαριές, γίνεται από ειδικές πρωτεΐνες που ονομάζονται RAG-1 και RAG-2, οι οποίες εκφράζονται μόνο στα ανοσοκύτταρα. Αυτές οι πρωτεΐνες αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες στο DNA κοντά στα τμήματα V, J, και D, γνωστές ως σηματοδοτικές αλληλουχίες ανασυνδυασμού (RSS), και διευκολύνουν τη διάσπαση και επανασύνδεση του DNA. Τα αντισώματα που παράγονται έχουν την ίδια αλληλουχία αμινοξέων.

Remove ads

Μεταβλητότητα περιοχής

Η περιοχή (θέση) ενός χρωμοσώματος που κωδικοποιεί ένα αντίσωμα είναι μεγάλη και περιέχει διάφορα διακριτά γονίδια για κάθε περιοχή του αντισώματος. Η θέση που περιέχει γονίδια βαριάς αλυσίδας (IGH) βρίσκεται στο χρωμόσωμα 14, και οι γενετικοί τόποι που περιέχουν λάμδα και κάπα γονίδια ελαφριάς αλυσίδας (IGL και IGK) βρίσκονται στα χρωμοσώματα 22 και 2 των ανθρώπων. Μία από τις περιοχές αυτές ονομάζεται μεταβλητή περιοχή, και υπάρχει σε κάθε βαριά και ελαφριά αλυσίδα του κάθε αντισώματος, αλλά μπορεί να διαφέρουν σε διαφορετικά αντισώματα που παράγονται από τα διακριτά Β - λεμφοκύτταρα. Οι διαφορές, μεταξύ των μεταβλητών περιοχών, που βρίσκονται σε τρεις βρόχους γνωστούς ως υπερμεταβλητές περιοχές (HV-1, HV-2 και HV-3) ή περιοχές καθορισμού συμπληρωματικότητας (CDR1, CDR2 και CDR3). CDRs υποστηρίζονται μέσα στις μεταβλητές περιοχές από συντηρημένες περιοχές πλαισίου. Η θέση της βαριάς αλυσίδας περιέχει περίπου 65 διαφορετικά γονίδια μεταβλητής περιοχής, όπου όλα διαφέρουν στα CDRs τους. Συνδυάζοντας αυτά τα γονίδια με μια σειρά από γονίδια για άλλες περιοχές του αντισώματος δημιουργείται έναν μεγάλος «στρατός» αντισωμάτων, με υψηλό βαθμό μεταβλητότητας.

V (D) J ανασυνδυασμός

Οι σωματικές ανασυνδυασμένες ανοσοσφαιρίνες, επίσης γνωστές ως V (D) J ανασυνδυασμός, περιλαμβάνουν τη δημιουργία μιας μοναδικής μεταβλητής περιοχής ανοσοσφαιρίνης. Η μεταβλητή περιοχή της κάθε ανοσοσφαιρίνης, βαριάς ή ελαφριάς αλυσίδας, κωδικοποιείται σε πολλά κομμάτια γνωστά ως τμήματα γονιδίου (υπογονίδια). Αυτά τα τμήματα ονομάζονται μεταβλητά (V), διαφοροποίησης (D) και συνδετήρια (J) τμήματα. Τμήματα V, D και J βρέθηκαν σε Ig βαριές αλυσίδες, αλλά μόνο τμήματα V και J βρέθηκαν σε Ig ελαφριές αλυσίδες. Πολλαπλά αντίγραφα των τμημάτων γονιδίου V, D και J υπάρχουν, και είναι διατεταγμένα διαδοχικά στα γονιδιώματα των θηλαστικών. Στο μυελό των οστών, το κάθε αναπτυσσόμενο Β - λεμφοκύτταρο θα συναρμολογεί μία μεταβλητή περιοχή ανοσοσφαιρίνης επιλέγοντας τυχαία και συνδυάζοντας ένα V, ένα D και ένα τμήμα γονιδίου J ή ένα V και ένα τμήμα J της ελαφριάς αλυσίδας. Καθώς υπάρχουν πολλαπλά αντίγραφα του κάθε τύπου τμήματος γονιδίου, και διαφορετικοί συνδυασμοί των τμημάτων γονιδίου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για δημιουργία κάθε μεταβλητής περιοχής ανοσοσφαιρίνης. Η διαδικασία αυτή παράγει ένα τεράστιο αριθμό αντισωμάτων, το καθένα με διαφορετικό παράτοπο, και συνεπώς διαφορετικές αντιγονικές ειδικότητες. Είναι ενδιαφέρουσα, η αναδιάταξη των διαφόρων υπογονιδίων (ei V2 οικογένειας) για την ανοσοσφαιρίνη λάμδα ελαφριάς αλυσίδας, καθώς είναι συζευγμένη με την ενεργοποίηση των microRNA miR-650, η οποία επηρεάζει την περαιτέρω βιολογία των Β - λεμφοκυττάρων. Αφού ένα Β - λεμφοκύτταρο παράγει ένα λειτουργικό γονίδιο ανοσοσφαιρίνης κατά τη διάρκεια ανασυνδυασμού V (D) J, αυτό δεν μπορεί να εκφράσει οποιαδήποτε άλλη μεταβλητή περιοχή. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή σαν αλληλόμορφη αποκλεισμού. Με τον τρόπο αυτό κάθε Β - λεμφοκύτταρο μπορεί να παράγει αντισώματα που περιέχουν μόνο ένα είδος της μεταβλητής αλυσίδας.

Σωματική υπερμετάλλαξη και συγγενής ωρίμανση

Σωματική υπερμετάλλαξη και συγγενής ωρίμανση Μετά την ενεργοποίηση με αντιγόνο, τα Β - λεμφοκύτταρα αρχίζουν να πολλαπλασιάζονται γρήγορα. Σε αυτά τα ταχέως διαιρούμενα κύτταρα, τα γονίδια που κωδικοποιούν τις μεταβλητές περιοχές των βαριών και ελαφριών αλυσίδων υφίστανται ένα υψηλό ποσοστό σημειακής μετάλλαξης, με μια διαδικασία που ονομάζεται σωματική υπερμετάλλαξη (SHM). Η SHM καταλήγει σε περίπου μία αλλαγή νουκλεοτιδίου ανά μεταβλητό γονίδιο σε κάθε κυτταρική διαίρεση. Κατά συνέπεια, οποιαδήποτε θυγατρικό Β - λεμφοκύτταρα θα αποκτήσει μικρές διαφορές αμινοξέων στις μεταβλητές περιοχές των αλυσίδων των αντισωμάτων τους. Αυτό χρησιμεύει για να διευρυνθεί το φάσμα των αντισωμάτων και να επηρεάζεται η συγγένεια δέσμευσης αντιγόνου και αντισώματος. Ορισμένες σημειακές μεταλλάξεις θα οδηγήσουν σε παραγωγή αντισωμάτων που θα έχουν μια ασθενέστερη αλληλεπίδραση (χαμηλής συγγένειας) με το αντιγόνο τους από ό, τι το αρχικό αντίσωμα, και άλλες μεταλλάξεις θα παράγουν αντισώματα με ισχυρότερη αλληλεπίδραση (υψηλή συγγένεια). Β - λεμφοκύτταρα που εκφράζουν αντισώματα υψηλής συγγένειας επί της επιφανείας τους, θα λάβουν ένα ισχυρό σήμα επιβίωσης κατά τη διάρκεια αλληλεπιδράσεων με άλλα κύτταρα, ενώ εκείνα τα αντισώματα με χαμηλή συγγένεια δεν θα λάβουν και θα πεθάνουν με απόπτωση. Έτσι, τα Β - λεμφοκύτταρα που εκφράζουν αντισώματα με υψηλότερη συγγένεια για το αντιγόνο, θα υπερισχύσουν έναντι εκείνων με ασθενέστερες συγγένειες για τη λειτουργία και την επιβίωση. Η διαδικασία της παραγωγής αντισωμάτων με αυξημένη συγγένεια πρόσδεσης ονομάζεται συγγένεια ωρίμανσης. Η συγγένεια ωρίμανσης εμφανίζεται σε ώριμα Β - λεμφοκύτταρα μετά V (D) J ανασυνδυασμό, και εξαρτάται από την βοήθεια των βοηθητικών Τ - λεμφοκυττάρων.

Μεταγωγή κατηγορίας

Ισότοπο ή κατηγορία μεταγωγής είναι μια βιολογική διαδικασία που συμβαίνει μετά την ενεργοποίηση του Β - λεμφοκυττάρου, η οποία επιτρέπει στο κύτταρο να παράγει διαφορετικές κατηγορίες αντισωμάτων (IgA, IgE, ή IgG). Οι διάφορες τάξεις αντισωμάτων, και οι συναφείς τελεστικές λειτουργίες, ορίζονται από τις σταθερές (C) περιοχές της βαριάς αλυσίδας της ανοσοσφαιρίνης. Αρχικά, νέα Β - λεμφοκύτταρα εκφράζουν μόνο κυτταρικής επιφανείας IgM και IgD με ταυτόσημες περιοχές σύνδεσης αντιγόνου. Κάθε ισότοπο έχει προσαρμοσθεί για μία ξεχωριστή λειτουργία. Επομένως, μετά την ενεργοποίηση, ένα αντίσωμα με μία IgG, IgA, ή IgE τελεστική λειτουργία μπορεί να απαιτηθεί για την αποτελεσματική εξάλειψη ενός αντιγόνου. Η μεταγωγή κατηγορίας επιτρέπει σε διάφορα θυγατρικά κύτταρα από το ίδιο ενεργοποιημένο Β - λεμφοκύτταρο, να παράγουν αντισώματα διαφορετικών ισότοπων. Μόνο η σταθερή περιοχή των αντισωμάτων βαριάς αλυσίδας τροποποιούνται κατά τη διάρκεια μεταγωγής κατηγορίας. Οι μεταβλητές περιοχές, και κατά συνέπεια η αντιγονική ειδικότητα, παραμένουν αμετάβλητες. Έτσι οι απόγονοι ενός και μόνο Β - λεμφοκυττάρου μπορούν να παράγουν όλα τα ειδικά για το αντιγόνο αντισώματα, δίνοντας την δυνατότητα να παραχθεί αποτελεσματική λειτουργία κατάλληλα για κάθε αντιγονική πρόκληση. Η μεταγωγή κατηγορίας ενεργοποιείται από κυτοκίνες. Η παραγόμενη ισότοπος εξαρτάται από ποια κυτοκίνη υπάρχει στο περιβάλλον του Β - λεμφοκυττάρου. Η μεταγωγή κατηγορίας εμφανίζεται στην θέση του γονιδίου βαριάς αλυσίδας με έναν μηχανισμό που ονομάζεται τάξη ανασυνδυασμένου διακόπτη (CSR). Αυτός ο μηχανισμός βασίζεται σε συντηρημένα νουκλεοτιδικά μοτίβα, που ονομάζονται διακόπτες (S) περιοχές που βρίσκονται σε DNA προ εκάστου του γονίδιου της σταθερής περιοχής (εκτός από την δ-αλυσίδα). Ο κλώνος DNA διακόπτεται από τη δραστικότητα μιας σειράς ενζύμων σε δύο επιλεγμένες S-περιοχές. Τα εξώνια μεταβλητής περιοχής επανασυνδέονται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μη-ομόλογη ένωση τέλους (NHEJ) προς την επιθυμητή σταθερή περιοχή (γ, α ή ε). Αυτή η διαδικασία καταλήγει σε ένα γονίδιο ανοσοσφαιρίνης που κωδικοποιεί ένα αντίσωμα ενός διαφορετικού ισότοπου.

Remove ads

Λειτουργίες

Τα ενεργοποιημένα Β κύτταρα διαφοροποιούνται είτε σε πλασματοκύτταρα που εκκρίνουν διαλυτά αντισώματα είτε σε κύτταρα μνήμης που διατηρούνται στο σώμα για πολλά χρόνια μετά την έκθεση ώστε να επιτρέπουν στο ανοσοποιητικό σύστημα να θυμάται ένα αντιγόνο και να απαντά ταχύτερα σε μελλοντική έκθεση.
Στα προγεννητικά και πρώτα μετεμβρυϊκά χρόνια της ζωής η παρουσία αντισωμάτων εξασφαλίζεται από την μητέρα με παθητική ανοσία. Η πρώτη ενδογενής παραγωγή αντισωμάτων διαφέρει για τα διαφορετικά είδη αντισωμάτων και συνήθως εμφανίζεται στα πρώτα χρόνια της ζωής. Από την στιγμή που τα αντισώματα ξεκινήσουν να υπάρχουν ελεύθερα στο αίμα θεωρούνται μέρος της χημικής ανοσίας. Τα αντισώματα της κυκλοφορίας παράγονται από κλωνικά Β κύτταρα τα οποία συγκεκριμένα απαντούν σε ένα αντιγόνο. Τα αντισώματα συνεισφέρουν στην ανοσία με τρεις τρόπους: εμποδίζουν τα αντιγόνα να εισέρχονται και να τραυματίζουν τα κύτταρα με το να προσδένονται σε αυτά, ρυθμίζουν την απομάκρυνση των παθογόνων παραγόντων με τα μακροφάγα και άλλα εξειδικευμένα κύτταρα και ενεργοποιούν την καταστροφή των παθογόνων παραγόντων ρυθμίζοντας άλλες ανοσολογκές αποκρίσεις όπως η οδός του συμπληρώματος.

Η Οδός του συμπληρώματος

Τα αντισώματα που προσδένουν στην επιφάνεια τους αντιγόνα προσελκύουν το πρώτο συστατικό του καταρράκτη του συμπληρώματος με τον Fc υποδοχέα και εκκινούν την ενεργοποίηση της κλασικής οδού του συμπληρώματος. Το αποτέλεσμα είναι ο θάνατος των βακτηρίων με δύο τρόπους. Πρώτα η πρόσδεση του αντισώματος με τα μόρια του συμπληρώματος σημαδεύει το μικρόβιο για πέψη από τα φαγοκύτταρα μια διαδικασία που ονομάζεται οψωνοποίηση. Δεύτερον μερικά συστατικά του συμπληρώματος σχηματίζουν μια μορφή που επιτίθεται στην μεμβράνη και βοηθά τα αντισώματα να σκοτώσουν τα βακτήρια απευθείας.

Ενεργοποίηση των κυττάρων

Για να αντιμετωπίσουν τα μικρόβια που αναπαράγονται έξω από τα κύτταρα τα αντισώματα προσδένονται στα παθογόνα και συνδέονται μεταξύ τους με αποτέλεσμα να τα απενεργοποιούν. Από την στιγμή που ένα αντίσωμα έχει περισσότερες της μιας θέσεις δέσμευσης αντιγόνου μπορεί να φέρει πανομοιότυπα αντιγόνα στην επιφάνεια του. Με την παρουσίαση του αντιγόνου τα αντισώματα ρυθμίζουν την ενεργοποίηση παραγόντων εναντίον αυτών των αντιγόνων σε κύτταρα που αναγνωρίζουν την Fc περιοχή του.
Αυτά τα κύτταρα αναγνωρίζουν παρουσιασμένα μικρόβια τα οποία αντιδρούν με τον παράγοντα Fc των IgA, IgG και IgE αντισωμάτων. Η σύνδεση ενός αντισώματος με τον Fc υποδοχέα σε ένα συγκεκριμένο αντιγόνο θα ενεργοποιήσει το σήμα της φαγοκυττάρωσης του αντιγόνου από τα φαγοκύτταρα, την απελευθέρωση κοκκίων από τα μαστοκύτταρα και τα ουδετερόφιλα και την απελευθέρωση κυτταροκινών και κυτταροτοξικών ουσιών από τα ΝΚ κύτταρα. Αυτά θα οδηγήσουν στην ολοκληρωτική καταστροφή του μικροβίου. Οι Fc παράγοντες έχουν ειδίκευση αναφορικά με το ισότοπο επιτρέποντας μόνο την ενεργοποίηση των κατάλληλων μηχανισμών του ανοσοποιητικού για ένα συγκεκριμένο αντιγόνο.

Φυσικά αντισώματα

Οι άνθρωποι και τα ανώτερα πρωτεύοντα θηλαστικά παράγουν επίσης φυσικά αντισώματα τα οποία είναι παρόντα στον ορό πριν από μια ιική μόλυνση. Φυσικά αντισώματα χαρακτηρίζονται τα αντισώματα τα οποία έχουν παραχθεί χωρίς μια προηγούμενη λοίμωξη, εμβολιασμό ή οποιαδήποτε άλλη έκθεση σε ξένο αντιγόνο ή παθητική ανοσία. Αυτά τα αντισώματα μπορούν να ενεργοποιήσουν την κλασική οδό του συμπληρώματος οδηγώντας σε λύση των γνωστών ιικών μορίων πολύ πριν το ανοσοποιητικό σύστημα αναπτύξει την καθιερωμένη απάντηση. Πολλά φυσικά αντισώματα στρέφονται ενάντια στον δισακχαρίτη γαλακτόζη ο οποίος βρίσκεται σε γλυκοπρωτεΐνες στην επιφάνεια κυττάρων και παράγεται σε απάντηση της παραγωγής γλυκόζης από βακτήρια που βρίσκονται στα ανθρώπινα σπλάχνα. Η απόρριψη ενός μεταμοσχευμένου οργάνου θεωρείται ότι είναι ως ένα μέρος το αποτέλεσμα των φυσικών αντισωμάτων που κυκλοφορούν στον ορό του υποδοχέα τα οποία συνδέονται με αντιγόνα γαλακτόζης του δότη.

Remove ads

Πηγή

J.M. Berg, J.L. Tymoczko και L. Stryer. «Το ανοσοποιητικό σύστημα». Βιοχημεία. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης. σελίδες 1046–1048. ISBN 960-524-191-9.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Λεξιλογικός ορισμός του αντίσωμα στο Βικιλεξικό
Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Antibodies στο Wikimedia Commons